刻蚀多壁碳纳米管/硫复合物的制备及性能
发布时间：2021-10-07 14:58
采用水热高温高压法用KOH刻蚀多壁碳纳米管（MWCNT）,得到管长较短、管壁多孔的刻蚀MWCNT,用水热原位沉积法将刻蚀前后的MWCNT与硫复合。采用SEM、高角度环形暗场（HAADF）、XRD、比表面积分析、热重分析（TGA）、循环伏安和恒流充放电等方法对材料进行测试。刻蚀MWCNT与硫复合均匀,含硫量为80%的刻蚀MWCNT/S具有良好的电化学性能,在1.52.8 V充放电,0.1 C首次放电比容量为1 118.9 m Ah/g,0.2 C首次放电比容量为717.6 m Ah/g,50次循环后比容量仍保持在607.6 m Ah/g,循环稳定性良好,库仑效率可达90%。
【文章来源】：电池. 2014,44(05)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
各样品的SEM图
碝WCNT中，该峰明显变宽，说明KOH刻蚀使更多的MWCNT以非晶态存在。MWCNT/S在26°附近出现单质硫与MWCNT的复合峰，刻蚀MWCNT/S在18°～29°出现与刻蚀MWCNT吻合的、较宽的复合峰，但MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S均出现了硫单质的特征峰，说明在两种复合物中，硫均未完全进入MWCNT中，有部分仍负载在管壁外，以晶态硫的形式存在。在高纯氮气氛围中，碳硫复合物中的硫，随温度升高熔融开链分解成小分子的硫蒸气，而碳不发生反应，因此可用热重分析法判断复合物中的硫含量。升华硫、MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的热重分析(TGA)曲线见图4。图4升华硫、MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的TGA曲线Fig.4Thermogravimetricanalysis(TGA)curvesofsublimedsulfur，MWCNT/SandetchingMWCNT/S从图4可知，刻蚀MWCNT/S中硫的含量约为80%，稍高于MWCNT/S的78%，说明通过刻蚀、增大比表面积，可提高硫的负载量。2.2电化学性能MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的首次循环伏安曲线见图5。图5MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S首次循环的循环伏安曲线Fig.5CVcurvesofMWCNT/SandetchingMWCNT/Sininitialcycle从图5可知，曲线均在约2.25V和2.05V出现两个还原峰，分别对应于S8还原成Li2Sn(2＜n＜8)和进一步还原成Li2S2与Li2S;在2.45V出现对应于放电产物被氧化成Li2Sn(n＞2)的氧化峰。刻蚀MWCNT/S与MWCNT/S相比，还原峰电位均向正向偏移，氧化峰电位向负向偏移，氧化还原峰之间的电位差减小，说明刻蚀MWCNT/S电极的极化较小，且刻蚀MWCNT/S的氧化峰分裂成两个小峰，说明刻蚀MWCNT/S电极的电化学反应动力学速度较快［11］。这是因为刻蚀MWCNT管长较短，为Li+和电子提供了良好的快速传输通道，且刻蚀MWCNT比表面积较大，与硫复合均匀，改善了硫正极的导
电池BATTEＲYBIMONTHLY第44卷HAADF分析，结果见图2。图2刻蚀MWCNT/S的HAADF分析Fig.2Highangleannulardarkfield(HAADF)analysisofetchingMWCNT/S由图2c中C的分布可知，MWCNT经过刻蚀后，管壁呈现多孔结构;由图2d中S的分布可知，CS2浸泡洗涤后，碳管表面的硫被洗掉，确实有硫进入管径中，且在刻蚀MWCNT端口处含硫较多。图3为MWCNT、刻蚀MWCNT、升华硫、MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的XＲD图。图3MWCNT、刻蚀MWCNT、升华硫、MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的XＲD图Fig.3XＲDpatternsofMWCNT，etchingMWCNT，sublimedsulfur，MWCNT/SandetchingMWCNT/S从图3可知，MWCNT在26°出现尖锐的MWCNT特征峰，刻蚀MWCNT中，该峰明显变宽，说明KOH刻蚀使更多的MWCNT以非晶态存在。MWCNT/S在26°附近出现单质硫与MWCNT的复合峰，刻蚀MWCNT/S在18°～29°出现与刻蚀MWCNT吻合的、较宽的复合峰，但MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S均出现了硫单质的特征峰，说明在两种复合物中，硫均未完全进入MWCNT中，有部分仍负载在管壁外，以晶态硫的形式存在。在高纯氮气氛围中，碳硫复合物中的硫，随温度升高熔融开链分解成小分子的硫蒸气，而碳不发生反应，因此可用热重分析法判断复合物中的硫含量。升华硫、MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的热重分析(TGA)曲线见图4。图4升华硫、MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的TGA曲线Fig.4Thermogravimetricanalysis(TGA)curvesofsublimedsulfur，MWCNT/SandetchingMWCNT/S从图4可知，刻蚀MWCNT/S中硫的含量约为80%，稍高于MWCNT/S的78%，说明通过刻蚀、增大比表面积，可提高硫的负载量。2.2电化学性能MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的首次循环伏安曲线见图5。图5MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S首次循环的循环伏安曲线Fig.5CVcurvesofMWCNT/SandetchingMWCNT/S
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂硫电池关键材料改性的研究进展[J]. 李红,徐强,余劲鹏,桑林. 电池. 2012(03)
[2]锂硫电池的研究现状与展望[J]. 皮华滨,王传新,汪建华,吴雪梅. 电池. 2009(02)
本文编号：3422267
【文章来源】：电池. 2014,44(05)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
各样品的SEM图
碝WCNT中，该峰明显变宽，说明KOH刻蚀使更多的MWCNT以非晶态存在。MWCNT/S在26°附近出现单质硫与MWCNT的复合峰，刻蚀MWCNT/S在18°～29°出现与刻蚀MWCNT吻合的、较宽的复合峰，但MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S均出现了硫单质的特征峰，说明在两种复合物中，硫均未完全进入MWCNT中，有部分仍负载在管壁外，以晶态硫的形式存在。在高纯氮气氛围中，碳硫复合物中的硫，随温度升高熔融开链分解成小分子的硫蒸气，而碳不发生反应，因此可用热重分析法判断复合物中的硫含量。升华硫、MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的热重分析(TGA)曲线见图4。图4升华硫、MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的TGA曲线Fig.4Thermogravimetricanalysis(TGA)curvesofsublimedsulfur，MWCNT/SandetchingMWCNT/S从图4可知，刻蚀MWCNT/S中硫的含量约为80%，稍高于MWCNT/S的78%，说明通过刻蚀、增大比表面积，可提高硫的负载量。2.2电化学性能MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的首次循环伏安曲线见图5。图5MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S首次循环的循环伏安曲线Fig.5CVcurvesofMWCNT/SandetchingMWCNT/Sininitialcycle从图5可知，曲线均在约2.25V和2.05V出现两个还原峰，分别对应于S8还原成Li2Sn(2＜n＜8)和进一步还原成Li2S2与Li2S;在2.45V出现对应于放电产物被氧化成Li2Sn(n＞2)的氧化峰。刻蚀MWCNT/S与MWCNT/S相比，还原峰电位均向正向偏移，氧化峰电位向负向偏移，氧化还原峰之间的电位差减小，说明刻蚀MWCNT/S电极的极化较小，且刻蚀MWCNT/S的氧化峰分裂成两个小峰，说明刻蚀MWCNT/S电极的电化学反应动力学速度较快［11］。这是因为刻蚀MWCNT管长较短，为Li+和电子提供了良好的快速传输通道，且刻蚀MWCNT比表面积较大，与硫复合均匀，改善了硫正极的导
电池BATTEＲYBIMONTHLY第44卷HAADF分析，结果见图2。图2刻蚀MWCNT/S的HAADF分析Fig.2Highangleannulardarkfield(HAADF)analysisofetchingMWCNT/S由图2c中C的分布可知，MWCNT经过刻蚀后，管壁呈现多孔结构;由图2d中S的分布可知，CS2浸泡洗涤后，碳管表面的硫被洗掉，确实有硫进入管径中，且在刻蚀MWCNT端口处含硫较多。图3为MWCNT、刻蚀MWCNT、升华硫、MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的XＲD图。图3MWCNT、刻蚀MWCNT、升华硫、MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的XＲD图Fig.3XＲDpatternsofMWCNT，etchingMWCNT，sublimedsulfur，MWCNT/SandetchingMWCNT/S从图3可知，MWCNT在26°出现尖锐的MWCNT特征峰，刻蚀MWCNT中，该峰明显变宽，说明KOH刻蚀使更多的MWCNT以非晶态存在。MWCNT/S在26°附近出现单质硫与MWCNT的复合峰，刻蚀MWCNT/S在18°～29°出现与刻蚀MWCNT吻合的、较宽的复合峰，但MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S均出现了硫单质的特征峰，说明在两种复合物中，硫均未完全进入MWCNT中，有部分仍负载在管壁外，以晶态硫的形式存在。在高纯氮气氛围中，碳硫复合物中的硫，随温度升高熔融开链分解成小分子的硫蒸气，而碳不发生反应，因此可用热重分析法判断复合物中的硫含量。升华硫、MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的热重分析(TGA)曲线见图4。图4升华硫、MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的TGA曲线Fig.4Thermogravimetricanalysis(TGA)curvesofsublimedsulfur，MWCNT/SandetchingMWCNT/S从图4可知，刻蚀MWCNT/S中硫的含量约为80%，稍高于MWCNT/S的78%，说明通过刻蚀、增大比表面积，可提高硫的负载量。2.2电化学性能MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S的首次循环伏安曲线见图5。图5MWCNT/S和刻蚀MWCNT/S首次循环的循环伏安曲线Fig.5CVcurvesofMWCNT/SandetchingMWCNT/S
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂硫电池关键材料改性的研究进展[J]. 李红,徐强,余劲鹏,桑林. 电池. 2012(03)
[2]锂硫电池的研究现状与展望[J]. 皮华滨,王传新,汪建华,吴雪梅. 电池. 2009(02)
本文编号：3422267
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